宇宙の「冷たさ」を再生可能な資源に変えるには
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0:02 - 0:04子供のころ毎年夏になると
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0:04 - 0:07カナダの家から祖父母のいる
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0:07 - 0:09インドのムンバイに旅行しました
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0:09 - 0:12カナダの夏は気温が上がっても
穏やかという程度です -
0:12 - 0:16気温は摂氏22度
華氏なら72度くらいが -
0:16 - 0:19一般的な夏の気温で
さほど暑くありません -
0:19 - 0:22ところがムンバイは暑く多湿で
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0:22 - 0:26摂氏30度 華氏なら90度にもなります
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0:26 - 0:28ムンバイに到着するとすぐに
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0:28 - 0:32「どうしたらこんな気候で生活し 働き
寝ることができるの?」と尋ねました -
0:34 - 0:37更に悪い事には祖父母は
エアコンを持っていませんでした -
0:38 - 0:41かなり頑張ってはみましたが
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0:41 - 0:43エアコンを買うよう
説得するのは無理でした -
0:44 - 0:47でも そんな状況は
急速に変わりつつあります -
0:48 - 0:52冷却系で使われる電力は
世界の全電力使用の -
0:52 - 0:5517パーセントにも上ります
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0:55 - 0:57この数字は
私が夏休みに -
0:57 - 1:00喉から手が出るほど
欲しかったエアコンも -
1:00 - 1:04食料を安全に冷たく保存できる
スーパーマーケットの冷蔵システムも -
1:04 - 1:05含んでいますし
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1:05 - 1:09データセンターが稼働するための
工業的な規模のシステムも含みます -
1:10 - 1:13冷却システム全体で
世界の温室効果ガス発生量の -
1:13 - 1:158パーセントを占めます
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1:16 - 1:17しかし私を悩ませるのは
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1:17 - 1:22冷却に利用されるエネルギーは
2050年までに6倍に膨らみ -
1:22 - 1:27アジアやアフリカの国々での利用拡大により
激増する可能性があります -
1:27 - 1:29私はこの目で見てきました
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1:29 - 1:32祖母の家の周りでも
ほとんどのアパートで -
1:32 - 1:34今はエアコンがあります
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1:34 - 1:37これは 高温の環境で暮らす
人々にとって -
1:37 - 1:40健康や生活条件や
生産性といった点では -
1:40 - 1:43とても良いことです
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1:44 - 1:48ただ 気候変動に関わって
憂慮すべきなのは -
1:48 - 1:50地球が暖まるにつれて
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1:50 - 1:53どんどん冷却システムが
必要になる上に -
1:53 - 1:57そのシステム自体が温室効果ガスの
巨大な発生源となるのです -
1:57 - 2:01こうして悪循環に陥るかもしれません
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2:01 - 2:02冷却システムだけでも
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2:02 - 2:0521世紀の後半には
温室効果ガスの最大の発生源となる -
2:05 - 2:06可能性があるのです
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2:07 - 2:08最悪のケースでは
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2:08 - 2:122100年までに
毎年10兆キロワット時を超える電力が -
2:12 - 2:14冷却のために必要になるかもしれません
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2:15 - 2:18この数字は現在の電力供給量の
半分に当たります -
2:18 - 2:19冷却だけでです
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2:21 - 2:25しかし同時に これは私たちに
チャンスを与えてくれます -
2:25 - 2:30全冷却システムの効率が
1〜2割向上するだけで -
2:30 - 2:34温室効果ガスの発生量に
大きな影響を与えられるかもしれません -
2:34 - 2:36今でも そしてこの先でも
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2:38 - 2:42ひどい悪循環を避けるのに
役立つかもしれません -
2:43 - 2:47私は光や熱を研究する科学者です
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2:47 - 2:50特に新しい材料が
それまでは不可能と考えられていた方法で -
2:50 - 2:55自然の基本的要素の流れを
改変できるか研究しています -
2:55 - 2:58夏休みの経験から
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2:58 - 3:00冷却の価値を理解しつつ
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3:00 - 3:02この問題に取り組み始めたのは
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3:02 - 3:066年前に遭遇した
知的難問がきっかけです -
3:07 - 3:13古代の人々が砂漠の気候で
どのように氷を作れたのか? -
3:14 - 3:17この画像は氷の部屋
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3:17 - 3:20ヤクチャルと言われるもので
イランの南西にあるものです -
3:21 - 3:25このような建物はイラン中に数十とあり
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3:25 - 3:28同じような建物が 他の中東の国々や
中国に至るまで存在することが -
3:28 - 3:30確認されています
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3:30 - 3:33何世紀も前に このような
氷の部屋を利用していた人々は -
3:33 - 3:36左手に見えるような水槽に
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3:36 - 3:39日没後の夕刻の早い時間に
水を注ぎました -
3:39 - 3:41すると不思議なことが起きるのです
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3:41 - 3:44気温は氷点下になっていなくても
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3:44 - 3:48例えば摂氏5度
華氏41度くらいで -
3:48 - 3:49水が凍るのです
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3:51 - 3:55生成された氷は早朝に回収され
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3:55 - 3:58右手に見える建物に保存しました
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3:58 - 3:59夏の期間中もずっとです
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4:00 - 4:03同じような光景を
目にしたことがあるかもしれません -
4:03 - 4:06良く晴れた夜に
気温が氷点よりずっと高くても -
4:06 - 4:09霜が降りているのに
気づいたことがあるでしょう -
4:09 - 4:10でも待ってください
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4:10 - 4:14どうして気温が氷点を上回るのに
水が凍るのでしょうか? -
4:14 - 4:20蒸発の影響もあるかもしれませんが
水が凍るほどではありません -
4:20 - 4:22別の何かが冷却したに違いありません
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4:23 - 4:25パイを窓枠に置いて
冷やすことを考えてください -
4:26 - 4:29パイを冷ますには 温度の低い方に
熱を逃す必要があります -
4:29 - 4:31つまり周囲の空気にです
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4:32 - 4:34信じがたく聞こえますが
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4:35 - 4:40熱は水槽の水から
冷たい宇宙へと流れるのです -
4:42 - 4:44どのようにして起こるのか?
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4:44 - 4:48多くの自然の物体と同じように
水槽の水は -
4:48 - 4:50熱を光として放出します
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4:51 - 4:53熱放射の概念として知られています
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4:54 - 4:58この瞬間にも私たちは誰でも
熱を赤外線として -
4:58 - 5:00周囲に放出しています
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5:01 - 5:03熱線カメラで可視化することができますが
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5:03 - 5:06そのイメージは
今見て頂いている様な画像です -
5:07 - 5:09水槽の水は熱を大気に
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5:09 - 5:11放出します
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5:11 - 5:13大気と大気中の分子は
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5:13 - 5:16熱の一部を吸収し再度放出します
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5:16 - 5:20これこそが気候変動の原因となる
温室効果です -
5:20 - 5:23ここが理解すべき重要な部分です
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5:23 - 5:26大気は熱をすべて吸収することはありません
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5:27 - 5:30もしそうなるなら
地球はもっと温暖な惑星になったはずです -
5:30 - 5:31ある波長—
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5:32 - 5:35具体的には8〜13ミクロンの波長が
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5:35 - 5:39大気の伝送窓として知られています
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5:39 - 5:45この大気の伝送窓は 赤外線としての熱を
効果的に大気の外側に逃がし -
5:45 - 5:48水槽の熱を運び出すことを可能にします
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5:49 - 5:53熱は遥かに冷たい場所へと
逃げていくのです -
5:54 - 5:56大気上部の冷たい所へと
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5:56 - 5:57更に遠い宇宙へと
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5:57 - 6:01そこは 摂氏マイナス270度
あるいは -
6:01 - 6:04華氏マイナス454度にもなります
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6:05 - 6:09水槽の水は空から輻射される熱より
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6:09 - 6:10さらに多くの熱を空に放出します
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6:10 - 6:12そのため
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6:12 - 6:15水槽は周囲の温度より低くなるのです
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6:16 - 6:20この効果は夜間冷却
あるいは 放射冷却として -
6:20 - 6:21知られています
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6:21 - 6:25気候学者と気象学者には
とても重要な自然現象として -
6:25 - 6:27知られてきました
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6:29 - 6:30この事実を知ったのは
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6:30 - 6:33スタンフォードの博士課程を
終える頃でした -
6:33 - 6:37この冷却方法としての
明らかな単純さに -
6:38 - 6:39とても驚きました
-
6:39 - 6:41この手法をぜひ使おう!
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6:43 - 6:46現在 科学者や技術者が
10年近くこのアイデアについて -
6:46 - 6:47研究しています
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6:47 - 6:50ところが ひとつ
大きな問題があります -
6:51 - 6:54「夜間」冷却と呼ばれるのには
理由があります -
6:54 - 6:55なぜか?
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6:55 - 6:58それは太陽のせいです
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6:58 - 7:01冷却する表面は
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7:01 - 7:03空に向いている必要があります
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7:03 - 7:04日中は
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7:04 - 7:08一番冷たくなってほしいものが
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7:08 - 7:11残念ながら太陽に向いてしまい
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7:11 - 7:12太陽はほとんどの物体を加熱し
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7:12 - 7:15冷却効果を完全に相殺してしまいます
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7:16 - 7:18私は仲間とともに多くの時間を費やし
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7:18 - 7:22極小スケールで材料を
作る方法を考えています -
7:22 - 7:25光を利用して その材料で
新しい価値あることができるように -
7:25 - 7:28そのスケールは光の波長よりも
小さなものです -
7:28 - 7:30この分野をナノフォトニクスとか
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7:30 - 7:33メタマテリアル研究と呼びますが
ここから発想を得て -
7:33 - 7:36史上初めて 日中でも
放射冷却を可能にする方法が -
7:36 - 7:38あるかもしれないと気づいたのです
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7:38 - 7:41実現のために
多層光材料を設計しました -
7:41 - 7:43これは その顕微鏡画像です
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7:43 - 7:46厚さは 標準的な髪の毛の太さの
40分の1未満です -
7:46 - 7:492つのことを同時に行うことができます
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7:49 - 7:511つ目は放熱
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7:51 - 7:55大気が熱を最も逃がしやすい所に向けてです
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7:55 - 7:57放熱先は宇宙にしました
-
7:58 - 8:012つ目は太陽による加熱を防止します
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8:01 - 8:03太陽光を とてもよく反射します
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8:04 - 8:07最初にテストしたのは
スタンフォードの屋上でしたが -
8:07 - 8:09ご覧の通りです
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8:09 - 8:12このデバイスを少しの間放置して
-
8:12 - 8:15数分後に近寄りました
-
8:15 - 8:18数秒もせず機能していることが分かりました
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8:18 - 8:19なぜ?
-
8:19 - 8:20触ったら冷たかったのです
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8:21 - 8:26(拍手)
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8:27 - 8:31これが どれだけ奇妙で
直観から外れているかというと -
8:31 - 8:33この材料やその類似物は
-
8:33 - 8:36日陰から日向に移して
太陽が射していても -
8:36 - 8:38冷たくなるのです
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8:38 - 8:41お見せしているのは
最初の実験のデータです -
8:41 - 8:43この材料の温度は
気温と比べて摂氏5度以上 -
8:43 - 8:47あるいは華氏9度以上
低い状態を保ちました -
8:47 - 8:50直射日光が当たっていたのにです
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8:51 - 8:54私たちが使った素材を
大規模に製造する方法は -
8:54 - 8:57すでに存在しています
-
8:57 - 8:58とてもワクワクしています
-
8:58 - 9:01なぜならただ冷たくするだけではなく
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9:01 - 9:06何かを実現して世に役立つ機会を
得られたかもしれないからです -
9:07 - 9:09そのことが次の大きな疑問へと導きます
-
9:09 - 9:12このアイデアで省エネを
どう実現するか? -
9:12 - 9:15この技術でエネルギーを節約する
最も直接的な方法は -
9:15 - 9:17現代の空調や冷蔵の
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9:17 - 9:20システム効率を増強することであると
信じています -
9:21 - 9:23そのために液冷パネルを製作しました
-
9:23 - 9:24このようなものです
-
9:24 - 9:27これらのパネルは
太陽熱温水器のような形状ですが -
9:27 - 9:30まったく逆の働きをします
エネルギーを使わず水を冷却します -
9:30 - 9:32私たちの作った特殊な材料でです
-
9:33 - 9:35このパネルは ほとんどの
冷却システムが備える -
9:35 - 9:38凝縮器という部品と
組み合わせることができ -
9:38 - 9:41システムの基本的な効率を向上します
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9:41 - 9:43私たちのスタートアップ企業
SkyCool Systemsは -
9:43 - 9:47カリフォルニア州デイビスで
実地試験を完了しました -
9:48 - 9:49この時のデモでは
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9:49 - 9:52冷却システムの効率を12パーセントも
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9:52 - 9:55向上できたことを示しました
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9:55 - 9:571年か2年すると
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9:57 - 10:01空調と冷蔵システムの双方で
商用規模での試験運用が -
10:01 - 10:04開始されることに大変興奮しています
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10:04 - 10:08将来 このようなパネルを取り付けることで
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10:08 - 10:11ビル空調の冷却システムが高効率となり
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10:11 - 10:14エネルギー消費を3分の2
減らせるかもしれません -
10:14 - 10:18最終的には電力を全く必要としない
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10:18 - 10:20冷却システムを作れるかもしれないのです
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10:21 - 10:22それに向かう第1歩として
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10:23 - 10:24スタンフォードの同僚と私は
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10:24 - 10:26技術を駆使して
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10:26 - 10:32気温より摂氏42度以上低い温度に
維持できることを実証しました -
10:33 - 10:34ありがとう
-
10:34 - 10:38(拍手)
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10:39 - 10:40夏の暑い日に
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10:40 - 10:44何かを氷点下にすることを想像してください
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10:46 - 10:50冷却に対して私たちができるすべてに
ワクワクしながら -
10:50 - 10:54更にできる事があると考えていて
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10:54 - 10:57この研究が指し示す
とても意義深い機会に -
10:57 - 10:59科学者として惹かれます
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11:00 - 11:03宇宙の冷たい暗黒を
地球上のあらゆる -
11:03 - 11:08エネルギー関連工程の
効率向上に使うことができるのです -
11:09 - 11:13その一例として取り上げたいのは
太陽電池です -
11:13 - 11:17太陽熱で温度が上昇し
それに連れ効率が下がります -
11:17 - 11:212015年には 意図的に微細構造を
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11:21 - 11:26太陽電池パネルの表面に装備することで
冷却効果を利用して -
11:26 - 11:29エネルギーを使わず 太陽電池のセルを
低温に保てることを実証しました -
11:30 - 11:32太陽電池セルがより効率的に稼働できます
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11:33 - 11:36私たちはこのような機会を模索しています
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11:36 - 11:39私たちは宇宙の冷たさを
水の節約や -
11:39 - 11:41独立電源システムに役立てられないか
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11:41 - 11:44検討しているところです
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11:44 - 11:48宇宙の冷たさから 直接
エネルギーを作れるかもしれないのです -
11:49 - 11:51地球表面と冷たい宇宙の間には
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11:51 - 11:53温度差が存在します
-
11:53 - 11:55温度差は 少なくとも理論上
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11:55 - 11:59熱機関の原動力として利用でき
電気を発生させられます -
12:00 - 12:04そうだとすると
夜間発電機器を作成し -
12:04 - 12:06太陽電池が機能しない間の
実用的な量の電力を -
12:06 - 12:08作る事ができるのでしょうか?
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12:08 - 12:10暗闇から光を作り出せるのでしょうか?
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12:12 - 12:16この力の中核になるのは
私たちに身近な -
12:16 - 12:19熱放射を管理できるかどうかです
-
12:19 - 12:22私たちは赤外線に包まれています
-
12:23 - 12:25もし赤外線を私たちの
思う通りに操れたら -
12:25 - 12:28日々 私たちに浸透している
熱とエネルギーの流れを -
12:28 - 12:31根底から変えることができるのです
-
12:31 - 12:35この力は 宇宙の冷たい暗闇とともに
-
12:35 - 12:38私たちに未来を見せてくれます
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12:38 - 12:43私たちが文明として 非常に大規模に
熱エネルギーの消費を -
12:43 - 12:45賢明に管理し得る未来です
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12:46 - 12:48気候変動と立ち向かう際に
-
12:48 - 12:51手段の1つとして
この力を持つことが -
12:51 - 12:53不可欠だとわかってくるでしょう
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12:53 - 12:57この次に外を歩き回るときには
-
12:57 - 13:03地球の生命にとって太陽が
どれほど大切なものかに驚きつつ -
13:03 - 13:08空の他の部分からも恩恵を得られることを
忘れてはいけません -
13:09 - 13:10ありがとうございました
-
13:10 - 13:14(拍手)
- Title:
- 宇宙の「冷たさ」を再生可能な資源に変えるには
- Speaker:
- アースワス・ラマン
- Description:
-
宇宙の冷たい闇を地球上のビルの冷却に利用できたらどうでしょうか?この刺激的なトークでは物理学者アースワス・ラマンが夜間の放射冷却、すなわち赤外線が地表から宇宙に逃げ、熱を奪う自然現象を利用するために開発中の技術を詳述します。放射冷却は冷却システムのエネルギーの消費量を劇的に削減できるかもしれません。このアプローチによって、私たちが宇宙のエネルギーを賢明に利用する未来にどう近づけるかを学びましょう。
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 13:30
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